他的实验室里充满了苹果、芦笋、花椰菜、芹菜、蘑菇、红辣椒、草莓和西红柿。“说实话,它看起来像一个农贸市场,”安德鲁·佩林说。“我不是在开玩笑……学生们只是去杂货店买东西。”

大约10年前,生物物理学家佩林开始和他的团队思考可以用来重建受损或患病人体组织的材料。在渥太华大学的实验室里,佩林和他的团队被彩虹般的新鲜水果和蔬菜包围着,他们分解生物系统,混合和匹配部分,并以新的和创造性的方式将它们重新组合在一起。这有点像黑客从手机、电脑和汽车上取零件来制造机械臂。或者像玛丽·雪莱笔下的弗兰肯斯坦博士,用尸体造了一个怪物。不过佩林的团队已经把苹果变成了耳朵,最近又把芦笋变成了脊髓植入物的支架。

佩林相信再生医学的未来就在超市的农产品货架上。再生医学使用外部疗法来帮助身体愈合,就像伤口可以自己愈合或骨折不需要手术就能愈合一样。他称之为“增强生物学”,它比植入人类捐献的器官、从动物身上取出的器官、人造的或生物工程的动物组织要便宜得多——便宜了成千上万美元。

脱细胞的苹果变成了人工耳朵(右)。
脱细胞的苹果变成了人工耳朵(右)。邦妮芬德利

佩林发明的种子来自一个意想不到的来源:标志性的音乐剧和电影恐怖小店.电影中,一株名叫奥黛丽二世的大植物靠人血活了过来。“我问,‘我们能在实验室里培养奥黛丽二世吗?’”佩林说。

资金充足的科学家通常不会花时间重新创造好莱坞的道具,但小时候上过表演艺术学校的佩林说,这对他的实验室来说是“意料之中的事情”。“玩耍是我科学实践的一个关键部分,”他说。“我就是这样训练自己的思维,让自己不落俗套,富有创造力。”他鼓励他的团队偷懒,尝试“奇怪的生物学”。

建造奥黛丽二世的计划是在树叶支架上生长肌肉细胞,然后长出嘴巴。但是没有成功。在所有。但佩林说,这种“巨大的失败”让他能够提出好问题,并从中学习。他实验室里的指令是问:“我能改变细胞的环境并控制它的生物学吗?”奥黛丽二世的失败让他开始思考肌肉细胞是否不能在叶子上生长,因为它的蜡状涂层阻止了它正确地脱细胞。

所以,佩林从植物叶子转向了生产。“我们花了两年时间,”他说,将水果和蔬菜脱细胞,并在上面生长哺乳动物细胞。然后,“它一直在工作,工作,工作。很难找到什么东西不管用。”

脱细胞作为植入的一个过程是相当新的,在20世纪90年代中期主要由Doris Taylor开发。佩林解释说,例如,通过洗掉使苹果成为苹果的遗传物质,你只剩下植物组织或“纤维素网”。“我们正在做的是洗掉所有的植物DNA、RNA蛋白质,以及所有会导致免疫反应和排异反应的东西。我们只是把纤维留在了植物里,就像卡在你牙齿里的东西一样。”

将哺乳动物细胞移植到苹果耳支架上。
将哺乳动物细胞移植到苹果耳支架上。SAXX内衣

当佩林注意到去细胞的苹果片和耳朵之间的相似之处时,他看到了实验室游戏的真正潜力。他想知道,如果他把苹果支架植入活体动物体内,它会“被接受”并形成血管吗?也就是说,测试动物的身体会不会像危险的异物一样粘在植物细胞上,而是发出信号来创造血液供应,让植物组织成为动物身体的一个活的部分?答案是肯定的。佩林说:“突然之间,我们偶然地开发出了一种具有巨大治疗和再生潜力的材料。”苹果耳不能恢复听觉,目前还处于动物试验阶段,但它可能会应用于美学植入。

佩林突破性的苹果实验于2016年发表,并为他赢得了“疯狂科学家”的称号。之后不久,他将研究重点转向了芦笋。他在做饭时突然想到了这个主意。看着矛的末端,他想:“嘿,它看起来像脊髓。搞什么鬼?也许我们可以做点什么,”他说。

当他在实验室里成像芦笋矛时,他看到的东西让他想起了血管、神经和脊髓的结构和组织。这让他提出了一个问题:“我们能用芦笋和它的维管束来长出脊髓吗?”

扫描电子显微镜(SEM)图像的多孔微结构的脱细胞的苹果组织,细胞可以生长。
扫描电子显微镜(SEM)图像的多孔微结构的脱细胞的苹果组织,细胞可以生长。Daniel Modulevsky/Pelling实验室

为了找到答案,佩林将去细胞的芦笋组织植入了一只实验鼠的皮肤下。短短几周内,血管就流经了芦笋支架;来自动物的健康细胞进入组织,将支架变成活组织。佩林说:“令人惊讶的是,身体并没有排斥这种材料,而是融入了这种材料。”在生物工程领域,实现这一目标通常是一个重大挑战。

然后最大的惊喜出现了。植入芦笋组织的脊髓切断的大鼠在植入芦笋组织几周后就能再次行走。“我只记得……完全震惊了,”佩林说,那天晚上,他的研究人员给他发短信,让他来看看在实验室里闲逛的老鼠。“我的意思是,一只苹果对着一只耳朵,随便啦。但是,就像一只行走的老鼠。就像,拜托!这简直是无稽之谈……(所以)我们又做了一次,一次又一次地说服自己。”

佩林说,虽然使用芦笋组织作为支架来修复脊髓并不是“奇迹般的治愈方法”,但它不同于之前出现的各种植入物。从历史上看,捐献或制造的器官既复杂又昂贵。佩林的植入“没有干细胞、电刺激或外骨骼,或任何常见的方法,而是使用了非常低成本、容易获得的材料,这些材料都是我们在杂货店买来的,”他说,“而且,我们实现了相同的恢复水平。(至少在动物实验中是这样。)此外,患者通常需要终生使用免疫抑制剂来防止他们的身体排斥植入物,这可能会有负面的副作用,而佩林的植物植入物似乎没有必要。而且,到目前为止,基于植物的植入物似乎不像传统的脊髓植入物那样随着时间的推移而分解。“植物组织的惰性正是它如此具有生物相容性的原因,”佩林说。

培养中的苹果穗支架。
培养中的苹果穗支架。亚历克西斯·威廉姆斯

起初,佩林认为他的芦笋实验是他的另一个持续几个月的愚蠢行为。他相信他能够以这种方式突破科学的界限,因为他是一个男人。“我是半个中国人,但我看起来像个白人,”佩林说。“我是搞科学的。我确实能逃脱更多的惩罚,而且我受到了不同的标准。”

2020年10月,芦笋植入物被指定为“突破装置”FDA批准的。这一称号意味着人体试验将快速进行,并可能在几年内开始。如果一切顺利,佩林有信心在2040年之前看到人类在脊髓上架设芦笋支架。奇点大学医学主席丹尼尔·克拉夫特(Daniel Kraft)的背景是再生医学中的干细胞生物学,他形容佩林的工作“令人耳目一新”。它激发了很多想象力和灵感。”

自称生物黑客的佩林表示,他将继续突破界限。“我真正好奇的是,是否有一天,我们可以用厨房里做的东西来修复、重建和增强我们的身体。”

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